基于GIS水电工程施工系统三维动态图形仿真技术

  本文关键词：基于GIS水电工程施工系统三维动态图形仿真技术，由笔耕文化传播整理发布。

Vol. 15 No. 12

Dec. 2003 钟登华, 等：基于GIS水电工程施工系统三维动态图形仿真技术

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即它们都强调地理信息系统对空间数据的处理。

当前GIS研究的热点集中在与面向对象技术、网络技术的结合[4]，以及三维地理信息系统[5]、时空系统[6]等空间信息建模技术的研究，目前较有影响的软件有：CityStar（北大遥感所）、GeoStar（武测）、MapGIS（地质大学）等。这些GIS工具软件为各领域（如能源开发、区域规划、环境保护等）广泛的应用提供了更为有力的保证，但把GIS技术应用于水电工程设计领域，来辅助工程建筑物设计、三维动态仿真施工过程及场地虚拟与漫游，是一种新的尝试。

一般三维图形仿真包含三个重要的环节，即仿真计算过程可视化、仿真结果可视化以及仿真建模过程[7-8]的可视化，图形仿真的目的是通过对系统仿真模型的运行过程进行观察和统计，来掌握系统模型的基本特性，，找出仿真系统的最佳设计参数，实现对真实系统设计的改善或优化。

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图2 基于GIS的水电工程施工动态仿真可视化方案

2 水电工程施工动态图形仿真系统分析

2.1 基于GIS的仿真信息可视化组织方法

水电工程施工系统仿真不仅涉及施工场地、环境、建筑物布置等静态的具有地理位置特征的空间信息，而且还反映地形填挖、建筑物施工等大量动态的空间逻辑关系，GIS对描述这类数据具有很大的优势，利用GIS特有的空间数据组织形式，为反映可视化仿真所揭示的具有时空特征的空间信息提供了条件。它把客观世界中实体对象在计算机中以真实的空间位置来表示，并使空间关系及其属性按一定方式有机结合起来，从而实现空间实体与属性信息的一一对应。这种空间数据的组织结构为仿真系统数字模型的建立及其可视化空间表达提供了条件，图2所示为基于GIS的工程施工系统三维动态图形仿真可视化方案，该图反映了水电工程仿真数据由采集到可视化输出为有一定物理意义的信息的过程。

利用了GIS以及Photoshop等软件的功能特点，并根据水电工程的实际情况和施工管理的需要，研究了水电工程三维可视化静态及动态数字模型。

3.1 空间数据库[9]的建立

建立本系统模型一项重要的任务是把有关工程实体图形数据输入到数据库中，此过程亦称数据采集，并将其属性数据与空间数据连接。数据的贮存和管理主要通过数据库管理系统来完成。空间数据库是客观世界的表达模型，它是将表示施工场地基本面貌并作为其他专题数据统一的空间定位载体的地形、道路、建筑物、水系、境界、植被、地名等基础空间信息以结构文件形式组成的集合。系统数据库的建立过程如图4。

3.2 系统施工总布置模型的建立

工程施工场地布置是一个复杂的过程，它不仅涉及施工场地、环境、建筑物布置等静态信息，而且还反映地形填挖等大量动态的施工逻辑关系。利用GIS特有的混合空间数据组织形式为反映工程施工信息管理系统所揭示的具有时空特征的空间信息提供了条件。实现工程施工系统可视化的基础是建立一个能充分反映工程施工系统信息的三维工程施工数字模型。所谓数字建模[10]是指把客观世界中的实体对象在计算机中用真实的空间位置来表示，并使空间关系及其属性按一定方式结合起来，从而实现空间实体与属性信息的一一对应。虚拟场景可见实体很多，从模型种类角度可简单分为：地形模型、地物模型及复杂实体模型。 3.2.1 地形模型的建立

地形模型表现为整个工程施工沿线的地形、地貌，不仅是整个各工程施工三维数字模型的重要组成部分、所有工程建筑物布置及施工活动的场所，而且还是施工过程中地形

2.2 基于GIS的图形仿真系统开发模式

水电工程三维动态图形仿真系统开发基本思路是：以GIS为载体开发和建立数据库，然后与系统仿真模型库和方法库建立连接，从而形成一个完整的三维动态图形仿真系统。具体开发时可采用集成模式与扩展连接模式相结合的方式，即既通过Windows的DDE技术调用动态链接库，又通过不同平台间的数据文件扩展接口，使应用模型与GIS系统之间实现彼此数据的交换和共享。这种开发模式不仅使模型间数据传递速度快、连接简便，而且还可克服内部建模受GIS系统内部编程语言开发功能的限制。图3表示的是以GIS为核心的三维动态图形仿真系统开发模式。

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3 水电工程施工系统三维可视化数字模型的构造

在水电工程三维图形仿真系统的开发过程中，我们充分

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